Dispozitivul lămpii LED, principiul LED-ului

LED-ul este o sursă de lumină semiconductoare cu două fire. Atunci când un cablu adecvat este furnizat la conductori, electronii sunt capabili să se recombine cu găuri de electroni în interiorul dispozitivului, eliberând energia sub formă de fotoni. Acest efect se numește electroluminescență, iar culoarea luminii este determinată de decalajul din banda de energie a semiconductorului.

Ce este LED-ul

Dioda emițătoare de lumină este un dispozitiv optoelectronic capabil să emită lumină atunci când un curent electric trece prin el. Lămpi cu diode emițătoare trece numai un curent electric într-o direcție și produce radiații monocromatice sau policromatice incoerente din conversia energiei electrice.

El are mai multe derivate:

• OLED.
• AMOLED.
• FOLED.

Datorită eficienței la lumină, LED-urile în stadiul actual reprezintă 75% din piața de iluminat interior și auto. Ele sunt utilizate în construcția de televizoare cu ecran plat, și anume: pentru a ilumina ecranele LCD sau o sursă de energie electrică. Folosit ca iluminat principal în televizoare OLED.

Primele LED-uri care au intrat în vânzare au produs infraroșu, roșu, verde și apoi lumină galbenă. Ieșirea LED-ului albastru, asociată cu progresul tehnic și de instalare, permite acoperirea intervalului de radiații de lungimi de undă, de la ultraviolete (350 nm) până la infraroșu (2 mii nm), care satisface multe nevoi. Multe dispozitive sunt echipate cu LED-uri compozite (trei într-o componentă: roșu, verde și albastru) pentru a afișa mai multe culori.

LED bec

Lămpile cu LED-uri sunt produse de iluminat pentru iluminatul casnic, industrial și de stradă, în care sursa de lumină este LED. De fapt, acesta este un set de LED-uri și circuite de putere pentru conversia puterii rețelei în curent continuu de joasă tensiune.

Lampa LED este un dispozitiv separat și independent. Corpul său este cel mai adesea individual în design și special conceput pentru diferite surse de iluminat. Un număr mare de lămpi și dimensiunile lor mici le permit să fie amplasate în locuri diferite, să colecteze panouri, să utilizeze pentru iluminarea afișelor, televizoarelor.

Iluminarea generală necesită lumină albă. Principiul lămpii cu LED-uri se bazează pe emisia de lumină într-un interval de lungime de undă foarte îngust: adică, cu culoarea caracteristică a energiei materialelor semiconductoare, care este utilizată pentru a face LED-urile. Pentru a emite lumină albă de la o lampă LED, trebuie să se amestece radiația de la LED-uri roșii, verzi și albastre sau să se utilizeze un fosfor pentru a converti părți de lumină în alte culori.

Una dintre metodele RGB (roșu, verde, albastru) este folosirea mai multor matrici LED, fiecare emite o lungime de undă diferită, în imediata vecinătate, pentru a crea o culoare albă comună.

Istoria creării primelor lămpi

Prima emisie de lumină de la un semiconductor este datată în 1907 și a fost descoperită de Henry Joseph Round. În 1927, Oleg Vladimirovich Losev a depus primul brevet pentru ceea ce mai târziu se numește o diodă cu emisie de lumină.

În 1955, Rubin Braunstein a descoperit radiația infraroșie a arsenului de galiu - un semiconductor, care ulterior va fi folosit de Nick Haloniac Jr. și S. Bevacca pentru a crea primul LED roșu în 1962. De mai mulți ani cercetătorii s-au limitat la anumite culori, cum ar fi roșu (1962), galben, verde și mai târziu albastru (1972).

Contribuția oamenilor de știință japonezi

În anii 1990, studiile realizate de Shuji Nakamura și Takashi Mukai de la Nichia în tehnologia semiconductoarelor InGaN au permis crearea de LED-uri de înaltă luminozitate ridicată și apoi adaptate la alb prin adăugarea unui fosfor galben. Această promoție a permis utilizarea unor noi aplicații mari, precum iluminarea și iluminarea ecranelor de televiziune și a ecranelor LCD. La 7 octombrie 2014, Shuji Nakamura, Isamu Akasaki și Hiroshi Amano au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru lucrarea lor pe LED-uri albastre.

Principiul funcționării dispozitivului

Când dioda este deplasată înainte, electronii se deplasează rapid prin joncțiune. Se unesc în mod constant, ștergându-se reciproc. Curând, după ce electronii încep să se deplaseze de la tipul n la siliciul de tip p, dioda este conectată la găuri și apoi dispare. În consecință, face ca atomul total să fie mai stabil și oferă un mic impuls energetic sub forma unui foton de lumină.

Principiul formării undei luminoase

Pentru a înțelege cum funcționează LED-ul, trebuie să știți despre materialele și proprietățile sale. LED-ul este o formă specializată de joncțiune PN, care utilizează o conexiune compusă. Compusul ar trebui să fie un material semiconductor utilizat pentru conectare. Materialele utilizate în mod obișnuit, inclusiv siliciul și germaniul, sunt elemente simple, iar un compus fabricat din aceste materiale nu emite lumină. În ceea ce privește semiconductorii cum ar fi arsenid de galiu, fosfură de galiu și fosfură de indiu, ele sunt compozite, iar compușii acestor materiale emit lumină.

Aceste semiconductoare compozite sunt clasificate prin benzi de valență, care ocupă componentele lor. Arsenidul de galiu are o valență de trei, iar arsenul are o valență de cinci. Aceasta se numește semiconductor din grupa III-V. Există o serie de alte semiconductori care corespund categoriei indicate. Există semiconductori, care sunt formați din materiale din grupa III-V.

Dioda emite lumină atunci când este deplasată înainte. Atunci când tensiunea este aplicată la conexiune pentru ao face înainte, curentul curge, ca în cazul oricărei conexiuni PN. Gaurile din regiunea de tip p și electronii din regiunea de tip n intră în compus și se recombinesc ca diodă normală pentru a asigura curgerea curentului. Când se întâmplă acest lucru, energia este eliberată.

Se constată că cea mai mare parte a luminii este obținută din regiunea de tranziție mai aproape de regiunea de tip P. Proiectarea diodelor este proiectată astfel încât această regiune să fie situată cât mai aproape posibil de suprafața dispozitivului de absorbție prin construirea unei cantități minime de lumină.

Pentru a obține lumina pe care o puteți vedea, conexiunea trebuie optimizată, iar materialele trebuie să fie corecte. Arsenidul de galiu pur eliberează energia în partea infraroșie a spectrului. Pentru a regla emisia luminii, se adaugă aluminiu la semiconductor în spectrul roșu vizibil, urmată de producerea de arsenid de arsenid de galiu (AlGaAs). Puteți adăuga fosfor pentru a obține lumină roșie. Pentru alte culori, se folosesc și alte materiale. De exemplu, fosfura de galiu dă lumină verde, iar fosforura de calciu este utilizată pentru a produce lumină galbenă și portocalie. Cele mai multe LED-uri se bazează pe semiconductori de galiu.

Teoria cuantică

Debitul curent în semiconductor se datorează atât fluxurilor de electroni liberi în direcția opusă. În consecință, va exista o recombinare datorită fluxului acestor suporturi de încărcare.

Recombinarea arată că electronii din banda de conducție coboară în banda de valență. Când sare de la o bandă la alta, ei emit energie electromagnetică sub formă de fotoni, iar energia fotonică este egală cu decalajul energetic interzis.

Ecuația matematică:

Eq = hf

H este cunoscut ca constanta Planck, iar viteza radiatiei electromagnetice este egala cu viteza luminii. Radiația frecvenței este asociată cu viteza luminii ca f = c / λ. λ este notată ca lungime de undă a radiației electromagnetice și ecuația devine:

Eq = he / λ

Pe baza acestei ecuații, se poate înțelege cum funcționează LED-ul, pe baza faptului că lungimea de undă a radiației electromagnetice este invers proporțională cu decalajul interzis. În general, radiația totală a unui val electromagnetic în timpul recombinării are forma radiației infraroșii. Este imposibil să vedeți lungimea de undă a radiației infraroșii, deoarece este în afara domeniului vizibil.

Radiația infraroșie se numește căldură, deoarece semiconductorii de siliciu și germaniu nu sunt semiconductori cu decalaj direct, ci aparțin unor soiuri intermediare indirecte. Dar în semiconductori cu un decalaj direct, nivelul energetic maxim al benzii de valență și nivelul minim de energie al benzii de conducție nu apar simultan cu electronii. Prin urmare, în timpul recombinării electronilor și a găurilor, electronii migrează din banda de conducție spre banda de valență, iar viteza benzii de electroni este schimbată.

Avantaje și dezavantaje

Ca orice dispozitiv LED are, de asemenea, o serie de caracteristici sale, principalele avantaje și dezavantaje.

Principalele avantaje arata astfel:

• Dimensiuni mici: de exemplu, este posibil să se producă LED-uri cu o dimensiune a pixelilor (care deschide posibilitatea utilizării diodelor pentru a crea ecrane de înaltă rezoluție).
• Ușor de asamblat pe PCB, tradițional sau CMS (componentă cu montare pe suprafață).
• Consumul de energie electrică este mai mic decât cel al unei lămpi cu incandescență și de aceeași ordine de mărime ca și lămpile fluorescente.
• Stabilitate mecanică excelentă.
• Prin asamblarea mai multor LED-uri, puteți obține un iluminat bun cu forme inovatoare.
• Durata de viață (aproximativ 20.000 până la 50.000 de ore), care este mult mai lungă decât o lampă incandescentă convențională (1000 de ore) sau o lampă cu halogen (2 mii ore). Același ordin de mărime ca și lămpile fluorescente (de la 5 mii la 70.000 de ore).
• Tensiune foarte joasă, garanție pentru siguranță și ușurință în transport. Pentru turiști există lanterne LED, alimentate printr-o mișcare simplă în mișcare dinamică ("manivelă").
• Inerția luminoasă este aproape zero. Diodele sunt activate și deconectate într-un timp foarte scurt, care poate fi utilizat atunci când se transmit semnale apropiate (optocuploare) sau departe (fibră optică). Ei ajung imediat la intensitatea luminii nominale.
• Datorită puterii sale, LED-urile clasice de 5 mm sunt abia încălzite și nu le pot arde degetele.
• LED-urile RGB (roșu-verde-albastru) vă permit să utilizați îmbunătățiri de culoare cu variații nelimitate.

Deficiențe putem observa următoarele:

• LED-urile, ca orice componentă electronică, au limite maxime de temperatură de funcționare, precum și unele componente pasive care compun circuitul lor de putere (de exemplu, condensatoare chimice care sunt încălzite în funcție de curentul de rms). Transferul de căldură al componentelor becurilor cu LED-uri este un factor care limitează creșterea puterii lor, în special în ansamblurile multi-cip.
• Potrivit producătorului Philips, eficiența luminii unor LED-uri scade rapid. Temperatura accelerează scăderea eficienței luminii. De asemenea, Philips indică faptul că culoarea se poate schimba pe unele LED-uri albe și se aprinde verde când îmbătrânesc.
• Procesul de fabricare a LED-urilor consumă foarte mult energie. Cunoscând principalele caracteristici ale LED-urilor, avantajele și dezavantajele acestora, puteți alege - fie să le achiziționați, fie să refuzați să cumpărați și să utilizați lămpi cu incandescență obișnuite. Cu toate acestea, având în vedere rentabilitatea unei astfel de acoperire, merită să se considere că aceasta poate fi o bună alternativă la sursele obișnuite și mai ieftine de lumină.